LTE工程建设中开关电源柜改造探讨

LTE工程建设中开关电源柜改造探讨
夏有林;方晓明
【摘要】LTE基站建设目前已在各大运营商中拉开序幕,在新建基站的同时,现有大量的2G/3G基站都将升级为LTE基站,现有基站的开关电源绝大多数都会出现电源分配端子不足的情况,本文重点探讨开关电源电源端子不足改造的各种方式,以最大程度利旧现有资源,降低建设成本和建设难度.
【期刊名称】《江西通信科技》
【年(卷),期】2013(000)004
【总页数】4页(P39-42)
【关键词】开关电源;二次下电;熔丝
【作者】夏有林;方晓明
【作者单位】江西省邮电规划设计院有限公司南昌市 330000;江西省邮电规划设计院有限公司南昌市 330000
【正文语种】中文
0、前言
伴随着LTE产业链的不断成熟和国家LTE牌照的逐渐临近，各大运营商的LTE实验网已紧张有序的开展。

具资料显示，中国移动已建设多期LTE设备采购，涉及几十万个基站，中国电信及中国联通也紧跟中国移动步伐。

根据仿真结果，由于LTE频段更高、带宽更大，站间距较以往2G/3G更小，现有的2G/3G基站一般
都会升级为LTE基站。

现网基站的升级基本以叠加一套LTE设备为主，这就需要
开关电源提供充足的电源容量及电源端子保障。

而采用FDD+TDD混合组网的运
营商要求更高。

1、基站开关电源简介
1.1、开关电源原理及组成
开关电源就是将交流电源通过电力电子开关器件的切换及磁性元器件的能量传递，从而将交流电变换为直流电的电源系统。

基站通信设备多数需要提供-48V的直流电源，在整个基站供电系统中直流供电部分以开关电源为主，而开关电源主要由交流配电单元、整流模块、直流配电单元、监控单元等几部分组成，具体如下图：
1.2、一次下电与二次下电
一次下电和二次下电的保护级别不同，在通信网络中，传输网络是优先保证的网络，所以传输网络都接的二次下电，其他的业务支撑系统接一次下电。

区别是当停电时，蓄电池开始供电，但是蓄电池的电压会随着供电时间而下降，当蓄电池电压低于一个电压（一般设置为48V左右）时，开关电源会把一次下电系统断开，也就是说
剩下的电力将优先供给传输系统等重要网络，当电压继续下降到更低的电压（通常为蓄电池放电保护电压43V左右）以下时，二次下电也就断开了。

这就是一次和
二次下电的含义！
2、基站开关电源改造分析
2.1、容量及端子需求
根据主流厂家LTE基站产品，一般三扇区单载波基站的典型功耗在
1.5KW(BBU300W/个，RRU400W/个)左右，加上为LTE传输新建的PTN/IP RAN设备，一般不到2KW，与现网的2G/3G基站功耗相当，折算成电流大概在
每套LTE设备30A～40A左右。

考虑到目前基站基本以分布式基站及射频拉远基站建设方式为主，一般典型基站配置为1BBU+3RRU，共有4个设备需要一次下电端提供电源分配熔丝为其供电。

目前通信基站主设备一般采用单路供电方式，因此每套LTE设备共需四个一次下
电熔丝。

LTE基站由于具高带宽及无线数据网特性，一般采用IP进行承载，基站
原有的传输设备已无法满足需求，需新增PTN/IP RAN进行承载。

新建的PTN/IP RAN承载设备属传输设备，按规范需通过二次下电端为其供电，且需采用主备双
路供电，共需两路二次下电熔丝/空开（一般每个基站建设一套承载设备可满足多
套系统）。

通过上述分析，LTE工程建设对开关电源容量及端子需求如下表：
2.2、改造可行性分析
现有基站的开关电源主流配置一般机柜容量为300A左右，一般均没有满配。

在容量上基本可通过新增整流模块解决，最大需求一般也不超过70A（不考虑蓄电池
扩容的影响），目前基本可通过2个50A或3个30A整流模块满足需求。

现网基站开关电源柜直流分配单元配置的熔丝/开关数量一般不多，绝大多数一次
下电在10路左右，二次下电在6路左右，考虑到目前基站内部设备（基站、传输、监控等），现有的熔丝/空开已富余不多，如果现有基站为共享或有其他设备，基
本已无富余熔丝/空开，尤其是一次下电更为突出。

这主要是因为早期设备单体功
耗大，能效低，一套开关电源难以负载过多设备。

因此开关电源厂家及运营商对开关电源的直流分配单元均未考虑多而小的熔丝/空开配置，一般是以大电流、小规
模的容量配置，这导致开关电源利用率很低。

新增或替换开关电源成本很高，而现有开关电源足够的可扩容整流模块空间也为我们进行直流配电单元的熔丝/空开扩
容改造提供了容量保证，使得进行开关电源直流配电单元进行熔丝/空开扩容改造
成为可行。

2.3、改造方案分析
现有基站的开关电源直流配电单元的熔丝/空开扩容改造主要分为以下两种情况：
(1)现有一次下电、二次下电有足够的熔丝/空开安装底座；
(2)现有一次下电、二次下电其中一个以上没有足够的熔丝/空开安装底座；
对于第一种情况，基本通过在底座上增加适合的熔丝/空开即可，如下图：
本文将重点探讨第二种情况下的熔丝/空开扩容改造。

对于现有开关电源柜有一个以上下电单元没有足够熔丝/空开位的扩容改造主要有以下几种改造方式：
(1）在机柜内增加熔丝/空开底座
本方案是通过在开关电源柜内进行改造，在开关电源柜内直流电源分配单元内富余空间加装熔丝/空开底座以达到增加熔丝/空开的目的，具体实现方法有多种：a.在现有熔丝/空开位的间隙内增加熔丝/空开底座，这种情况主要适用于现有熔丝/空开间距较大或有其他足够安装空间的情况，如下图：
优点：对开关电源柜改动较小，保持其内部原有供电路由总体情况，相对安全。

缺点：现有机柜内熔丝、空开间隙均不大，在其间隙内加空开或熔丝难度较大，可增加的数量有限，且需要带电作业。

b.在机柜内新增一行熔丝/空开位，这种情况适用于开关电源柜内直流分配单位内有较大空间且原有熔丝/空开位空间不足的情况，如下图：
优点：新增规模较大，对现有的熔丝、空开没有影响。

缺点：需改动电源柜内部总体供电电路，新增配电单元行与原有电源母排需可靠连接，需带电作业，施工难度较大。

(2）增加二级配电箱
该方法是在基本不改变原有开关电源柜的基础上新增一个配电单元箱，通过新增的配电箱内的熔丝/空开为新增LTE设备及其他设备供电，一般通过在使用原有机柜内的两个大熔丝引出，若原机柜内熔丝不满足需求，可通过割接、更换熔丝的多种方式实现，本文不做详述。

该方式也有以下几种具体情况：
a.现有开关电源柜只有一次下电或二次下电一种不足（另一种有足够富余或可通过简单内部改造实现），新增配电箱只需引接一次下电或者二次下电的一种，如下图所示：
优点：扩容空间大，一、二次下电按需扩容
缺点：需现有富余熔丝、空开或需进行割接，若后期另外一次下电不足，难以改造。

b.现有开关电源一、二次下电均需扩容，这种情况新增配电箱有两种连接方式，具体如下：
方式一：分别从开关电源柜内现有的一次下电和二次下电进行引接。

如下图：
优点：扩容空间大，一、二次下电均可按照远期考虑，后期改动小。

缺点：需现有富余熔丝、空开或需进行割接。

方式二：从现有开关电源柜直流配电单元内的总汇流铜条（为经过一次下电、二次下电继电器前）上引接，通过在新增配电箱内视需求单独设置一、二次下电，具体如下图：
优点：扩容空间大，不需要现有熔丝资源，一、二次下电均可按照远期考虑，后期改动小，且可根据新增设备安全等级灵活设置配电箱内的继电器，可设置不同于原
配电柜的一、二次下电电压。

缺点：需带电操作。

3、总结
根据前面分析，现有基站的开关电源如果容量有足够扩容空间，但直流配电单元的配电端子不足的情况下，可采取各种各样的方式进行开关电源柜的扩容改造。

在工程建设中可根据具体情况灵活选取，但考虑到工程安全性及最大程度利用开关电源柜整流容量资源的前提下，我们应尽量选择新增配电箱的方案，避免大量的带电作业，减小改造难度。

而在新增配电箱方案中我们建议选择从现有开关电源柜直流配电单元内的总汇流铜条上引接，在新增配电箱内通过内置继电器达到新的一、二次下电方案，这样可以区别对待新增设备和原有设备，也可通过后续割接改造实现大于二次下电的多次下电。

在最高保障传输设备用电等级的情况下可进一步区别主设备重要性实现多次下电。

如考虑LTE设备主要为无线数据业务，重要性一般低于传统2G/3G设备，可将其作为最高电压下电设备，2G/3G设备作为次高电压下电设备，传输设备作为最低电压下电设备，形成三次下电。

这样还可以降低新增LTE 设备对其它配套（如蓄电池）的需求，节约建设成本还可为节能减排做贡献。

参考文献
【相关文献】
[1]《高频开关电源一次下点、二次下点探讨》，作者：乔正强
[2]YD/T 1058-2007《通信用高频开关电源系统》。